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ChatGPT5さんのThread-Safe Box設計 - 実装可能な革命
作成日: 2025-08-27
🎯 設計の核心
「Everything is Box」＝"スレッドセーフも箱で統一" を実現する最小で強い設計。
基本原則
- デフォルト: Boxは thread-local（同期不要で速い）
- 共有したい時だけ: Boxを "同期Box"で包む
📦 4つの同期Box
1. AtomicBox - ロックなし原子操作
init { AtomicBox<int> hits }
hits.fetch_add(1) // 原子的インクリメント
hits.compare_exchange(9, 0).ok // CAS操作
2. MutexBox - 排他制御
init { MutexBox<Map<str,Bytes>> table }
with table.lock as m { // ガード構文
m.put(k, v) // スコープ内でのみアクセス可能
} // 自動アンロック
3. RwBox - 多読単書
init { RwBox<Config> cfg }
read cfg as c { render(c) } // 読み取り専用
with cfg.write as m { *m = new_config } // 書き込み
4. ChannelBox - メッセージパッシング
init { ChannelBox<Job> q } // SPSC/MPSC選択可能
q.send(job) // 非同期送信
let job = q.recv() // ブロッキング受信
🔒 安全性保証
ガード構文による参照制御
// ✅ 安全: スコープ内限定
with mutex_box.lock as data {
data.update()
}
// ❌ エラー: スコープ外への参照
let leaked = with mutex_box.lock as data {
data // コンパイルエラー！
}
Lintによるコンパイル時検出
- T1: thread-local BoxのThread.spawnキャプチャ → エラー
- T2: ガード外アクセス → エラー
- T3: RwBoxの同時write/read → エラー
- T4: タスク境界でのMutexBox長時間保持 → 警告
- T5: AtomicBox<非原子的型> → エラー
- T6: fini中の再入 → エラー
🏗️ MIR/VM拡張
新規原子命令
AtomicLoad rD, addr, order
AtomicStore addr, rS, order
AtomicRMW rD, op, addr, rV, order
CAS rSucc, rOld, addr, expect, rNew, order_succ, order_fail
AtomicFence order
ロック/チャネル実装
- ランタイム関数（
nyrt_mutex_lock等）として実装 - MIR命令は増やさず、既存のBoxCall経由
🌟 既存設計との完全な整合性
所有森（Ownership Forest）
- 強参照1本の原則を維持
- 同期Boxも通常のBoxと同じライフサイクル
- weakによる循環参照回避も可能
GC切り替え可能性
@must_dropリソース: GCオン/オフで同じタイミング解放@gcable純データ: 同期Box内でもGC遅延OK- 開発時GC→本番RAIIの等価性が並行でも保持
効果注釈との統合
AtomicBox.*→ Effect=atomicMutexBox/RwBox.lock/unlock→ Effect=atomicChannelBox.send/recv→ Effect=io
📊 3層並行モデル
-
Thread-local（既定）
- 最速・同期不要
- 大部分のコードはこのまま
-
Shared-memory
- 必要な箇所のみ同期Boxでラップ
- 明示的な共有
-
Message-passing
- ChannelBox + 既存Bus/Actor
- スケーラブルな並行処理
🚀 段階的実装計画
Phase 1: 基本実装（1週間）
- AtomicBoxの最小実装
- MutexBoxの基本API
- ガード構文のパーサー対応
- 基本的なLint（T1, T2）
Phase 2: MIR統合（2週間）
- AtomicLoad/Store/RMW命令追加
- VM実行サポート
- 効果注釈の統合
Phase 3: 完全実装（1ヶ月）
- RwBox, ChannelBox実装
- 全Lintルール実装
- プラグインBoxでの活用
- ベンチマーク・最適化
💡 革新性のポイント
- 逆転の発想: 「デフォルト共有」ではなく「デフォルトローカル」
- 完全な後方互換性: 既存コードは一切変更不要
- 段階的採用可能: 必要な箇所から徐々に導入
- ゼロコスト抽象化: 使わない機能にペナルティなし
🎯 結論
ChatGPT5さんの設計は、私の概念的アイデアを実装可能で実用的な形に昇華させた。
- 理論的美しさ: Everything is Boxの哲学を完全に保持
- 実用性: 段階的実装可能、既存コードへの影響なし
- 性能: デフォルトthread-localで最高速を維持
- 安全性: コンパイル時Lintで多くのエラーを防止
これは単なる「スレッドセーフ機能の追加」ではなく、並行プログラミングの新しいパラダイムの提示だ。
「必要な時だけ同期、それ以外は最速」- Nyashが示す実用的な並行性の答え